Материал: sb000034

Согласно теории четырехполюсников, приведенная матрица коэффициентов называется Y-матрицей. Наряду с ней используется также

Между элементами этих матриц существуют следующие взаимосвя-

зи:

Вдальнейшем будут использованы только основные уравнения (2.6)

и(2.7). Для точного расчета коэффициента усиления по напряжению воспользуемся выражением (2.7) и перепишем соотношения, вытекающие из

рис. 2.1, для случая Iа =0 имеем UBE Ue, UCE Ue, dUa dICRC.

При этом получим dUa / RC SdUe dUa / rCE . Разрешив это уравнение относительно dUa, определим коэффициент усиления по напряжению:

Таким образом, коэффициент усиления по напряжению пропорционален падению напряжения на коллекторном сопротивлении RC.

Входное и выходное сопротивления. Ранее было показано, как рассчитать обеспечиваемое транзистором усиление приращений входного напряжения. Подключение источника напряжения к входному сопротивлению rЕ = dUe/dIe приводит к падению напряжения на внутреннем сопротивлении Rg источника. В связи с тем что rE и Rg образуют делитель напряжения, на входе схемы появляется сигнал dUe=[rЕ/(rЕ+Rg)]dUg. Из ос-

новного уравнения (2.6) с учетом dUВЕ = dUe и dIВ = dle получаем rE = rBE. Из формулы (2.4) находим

Следовательно, это сопротивление тем больше, чем меньше коллекторный ток и чем больше коэффициент усиления по току .

Поскольку коэффициент усиления по напряжению не зависит от IC, можно выбрать значение коллекторного тока таким, чтобы входное сопротивление было значительно больше Rg.

Зная А и rЕ, можно рассчитать выходное напряжение dUa при малом

21

сигнале для ненагруженного случая, т. е. при dla = 0. При расчете коэффициента усиления по напряжению для реальной нагрузки необходимо учесть выходное сопротивление схемы ra, которое показывает, как снизится выходное напряжение, если на выходе протекает ток dIa, а напряжение сигнала Ug постоянно. Внутреннее сопротивление источника на-

При нагрузке RL на выходе образуется делитель напряжения из сопротивлений ra и RL, т. е. коэффициент усиления по напряжению уменьшается в RL/(ra + RL) раз. Эта величина, меньшая чем , называется коэффициентом усиления при нагрузке Аb. С целью расчета ra, согласно

С учетом формул (2.8), (2.9) и (2.11) получим полный коэффициент усиления

Таким образом, в случае малых сигналов сопротивления RC, rCE и RL соединены параллельно. На этом результате основано построение эквивалентной схемы для малых сигналов (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Представление схемы с общим эмиттером на базе эквивалентной схемы транзистора для малых сигналов

Легко убедиться, что для обведенной рамкой части схемы в окрестности рабочей точки справедливы основные уравнения (2.6) и (2.7). Поскольку процесс анализируется при малых сигналах, представим источник напряжения в виде последовательно включенных источника постоянного напряжения UA и источника переменного напряжения ug. Амплитуда по-

22

следнего выбрана настолько малой, что приближенно она может рассматриваться как дифференциал dU, поэтому Ug UgA ug при

Ug ug. Аналогично ток может быть записан в виде суммы постоянной и

переменной составляющих. В малосигнальной эквивалентной схеме изображены только переменные составляющие напряжений и токов. Представляя дифференциальные сопротивления как омические, используем правила расчета линейных цепей. При этом источник питающего напряжения рассматривается как коротко замкнутая перемычка, поскольку переменная составляющая его напряжения равна нулю.

Сравнение со схемой, представленной на рис. 2.2, показывает, что коллекторное сопротивление RC включено между коллектором транзистора и общей точкой. Оно подключено параллельно rCE и RL. Как показано на рис. 2.2, через параллельное соединение протекает ток SuBE. Эквивалентная схема наглядно иллюстрирует соотношения между Ab, А, rA и re.

2.2. Схема с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по току

В схеме на рис. 2.3 отрицательная обратная связь реализована с помощью введенного в

эмиттерную цепь сопротивления RE. При этом часть выходного сигнала подается обратно на вход, с тем чтобы противодействовать входному сигналу. Вследствие этого уменьшается усиление, однако с помощью отрицательной обратной связи можно обеспечить, чтобы усиление в основном определялось соотношением омических сопро-

тивлений и практически не зависело от нелинейной передаточной характеристики транзистора. Отрицательная обратная связь по току часто используется для стабилизации положения рабочей точки, а также для контроля нелинейных искажений. С увеличением напряжения Ue повышается коллекторный ток. Поскольку IE IC, то увеличивается падение напряжения на RE: UE = IERE. Разность UBE = Ue – UE составляет часть входного напряжения Uе. Это напряжение, приложенное к эмиттеру, проти

23

водействует усилению. Следовательно, имеем отрицательную обратную связь. Поскольку она вызвана протеканием эмиттерного тока, то ее можно назвать отрицательной обратной связью по току или последователь-

ной отрицательной обратной связью.

транзистора, зависящие от тока. Для точного расчета коэффициента усиления по напряжению возьмем соотношения для схемы, представленной на рис. 2.3,

SrCE = >> 1, получим значение коэффициента усиления по напряжению

дать, А стремится к тому значению, которое имеет место в случае отсутствия обратной связи. При глубокой отрицательной обратной связи, когда

что соответствует приведенному ранее результату, который был получен с помощью физических рассуждений.

Расчет входного сопротивления. Как было отмечено, отрицательная обратная связь по току вызывает стабилизацию UBE и уменьшение коэффициента усиления по напряжению. По этой же причине снижается входной ток dIB и увеличивается входное сопротивление, причем в то же число раз, в которое снижается коэффициент усиления по напряжению. С учетом соотношения rCE >> RC получаем значение входного сопротивле-

Вследствие отрицательной обратной связи по току выходное сопротивление растет незначительно и стремится (в случае глубокой отрицательной обратной связи) к RС.

2.2.1. Установка рабочей точки и расчет усилителя

Приведенные ранее соображения справедливы в режиме работы транзистора при малых сигналах в заданной рабочей точке ICA, UCEA.

Наиболее часто базовое напряжение UBEA обеспечивается источником питающего напряжения EC, а база присоединяется к источнику переменного напряжения uе через конденсатор (рис. 2.4). Выходное напряжение ua снимается с выхода через другой конденсатор. Таким образом, схема содержит два фильтра верхних частот, нижняя граничная частота которых должна быть выбрана так, чтобы полностью пропускались нижние частоты сигнала. Из рассмотрения крутой части передаточной характеристики, изображенной на рис. 1.20, видно, что влияние малых отклонений напряжения UBEA на IC существенно. Небольшие отклонения UBEA вызывают значительные отклонения коллекторного тока, поэтому вследствие неизбежного разброса параметров UBEA необходимо регулировать индивидуально для каждого отдельного транзистора с помощью подстроечного резистора R2.

Кроме того, схема особенно чувствительна к температурному дрейфу. Напряжение база–эмиттер, соответствующее определенному коллек-

торному току, уменьшается на 2 мВ при повышении температуры на 1 oC. Таким образом, при повышении температуры на 20 °С потенциал коллектора при отсутствии сигнала уменьшится примерно на 6 В. Такое большое отклонение от заданной рабочей точки является недопустимо большим.

25